5. Фотолиз воды, механизм фотолиза, локализация в мембране и связь с этц.

Первый этап фотосинтеза — это расщепление воды под воздействием света. Эта реакция поставляет электроны для фотосинтетических электронтранспортных цепей, а также протоны для создания протонного градиента. Реакция расщепления воды происходит на стороне тилакоидной мембраны, обращённой к люмену(Просвет тилакоида (люмен) — это компартмент, ограниченный тилакоидной мембраной. Он играет существенную роль вфотофосфорилировании в процессе фотосинтеза. Во время протекания светозависимых реакций протоны накачиваются через мембрану тилакоида в его люмен. pH просвета при этом может снижаться до 4.), и происходит с затратами энергии, полученной фотосистемами от солнечного света. Интересно отметить, что это окисление (расщепление) воды происходит с выделением O2как побочного продукта, который сбрасывается в атмосферу и затем может быть использован другими организмами для дыхания.

Многочисленные исследования показали, что источником электронов в фотосистеме Iявляется вода. Расщепление молекулы воды фотолиз происходит благодаря энергии света, катализирует этот процесс марганецсодержащий ферментный комплекс. При этом возникают электроны (е-), протоны (Н+) и в качестве побочного продукта кислород, который выделяется в атмосферу нашей планеты. Это тот кислород , которым мы дышим и который необходим всем аэробным организмам. Уравнение, изображающее фотолиз воды, выглядит так:

hv

2Н20=4Н+ 4е- +02

6. Хлорофиллы, классификация, химическое строение, оптические свойства, монтировка хлорофилла в пигмент-белковом комплексе.

ХЛОРОФИ́ЛЛ, (от греческого chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. В высших растениях и водорослях хлорофилл локализован в особых клеточных структурах — хлоропластaх и связан с белками илипидами этих структур. Хлоропласты высших растений и зеленых водорослей содержат два типа хлорофиллов, близких по структуре молекул, — хлорофиллы a и b. Другие фотосинтезирующие водоросли и фотосинтезирующие бактерии имеют иной набор пигментов. Например, бурые и диатомовые водоросли, криптомонады и динофлагелляты содержат хлорофиллы a и c, красные водоросли — хлорофиллы а и d. 

химические свойства

Mолекулярный вес хлорофилла a 893,52. В изолированном состоянии хлорофилл образует черно-голубые микрокристаллы, которые плавятся с образованием жидкости при 117-120°С. Хлорофиллы представляют собой производные пятичленного гетероцикла пиррола. В молекуле хлорофилла имеется четыре пиррольных кольца, соединенных друг с другом в α-положении с помощью радикалов –СН=. В результате этого образуется порфириновое кольцо с сопряженными двойными связями. В центре порфиринового кольца имеется атом магния. Хлорофиллы являются Mg-порфиринами. Различные виды хлорофилла отличаются природой заместителей при β-атомах углерода в пиррольных кольцах порфиринов. По своей химической природе хлорофилл является сложным эфиром хлорофиллиновой кислоты и двух спиртов: метилового (СН3ОН) и фитолового (С20Н39ОН).

В хлоропластах хлорофилл и другие пигменты, погруженные в тилакоиды , собраны в функциональные единицы (по 250-400 молекул), называемые фотосистемами. Большая часть молекул хлорофилла (антенные пигменты) поглощает энергию света, что сопровождается их возбуждением, т.е. запасанием энергии внутри молекул, которая передается реакционным центрам фотосистемы. Меньшая часть молекул включена в состав этих реакционных центров и непосредственно участвует в фотохимических реакциях.

суммарные формулы хлорофилла «а» и «в» (Р. Вильштеттер и А. Штоль): Хлорофилл «а» – С55Н72N4O5 Mg; Хлорофилл «в» – С55Н70N4O6 Mg.

Физические свойства

Гидрофильные особенности хлорофилла связаны с его азотсодержащим порфириновым ядром – «головкой» молекулы. Длинная углеводородная цепь (фитоловый «хвост»), присоединенная к порфириновой части молекулы, придает хлорофиллу и гидрофобные особенности. Способность фитола растворяться в жирах имеет важное значение для сохранения структуры хлоропластов.Хлорофиллы хорошо растворимы в спирте, бензине, ацетоне и нерастворимы в воде.

Биосинтез

Биосинтез хлорофилла осуществляется в полиферментных комплексах (так называемых центрах биосинтеза), локализованных, вероятно, в строме хлоропластов. Основной путь биосинтеза хлорофилла определяется конденсацией двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты с образованием порфириногена — производного пиррола, который в результате ряда ферментативных превращений дает соединение, содержащее порфириновое ядро — протопорфирин IX. Из протопорфирина образуется содержащий атом магния протохлорофиллид, являющийся непосредственным предшественником хлорофилла. Путем последующих реакций восстановления и присоединения фитола из протохлорофиллида образуется хлорофилл. Стадия восстановления предшественника осуществляется у высших растений на свету, причем включает две последовательные фотохимические реакции, у низших растений — в темноте. Показано, что существуют два параллельных пути биосинтеза хлорофилла, приводящие к образованию моновинил- и дивинилхлорофиллов a.

Хлорофиллы – поглощают свет в синей (439-450 нм) и в красной частях спектра (640-683 нм) и отражают спектр в зелёной его части. При поглощении кванта света пигменты возбуждаются, при этом каждый квант активирует только одну молекулу хлорофилла, которая переходит в короткоживущее возбуждённое состояние, выделяет энергию и вновь переходит в основное состояние.

Хлорофилл поглощает энергию света, перносит её на субстраты, которые сами без него поглощать световую энергию не могут.

Хлорофиллы выполняют важную функцию в процессе фотосинтеза, их относят к основным фотосинтетическим пигментам. Они поглощают необходимую для фотосинтеза световую энергию в видимой области спектра (сине-фиолетовой и красной), работают в реакционных центрах фотосистем (хлорофилл «а») и светособирающих комплексах (хлорофилл «а» и «в»), участвуют в миграции энергии в ходе фотосинтеза. Кроме этого, хлорофиллы участвуют в фотоокислении воды, являются компонентами электрон-транспортной цепи фотосинтеза.